基于多模态数据的PET图像无监督去噪方法研究
批准号:
62101488
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
崔佳楠
依托单位:
学科分类:
医学信息检测与处理
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
崔佳楠
中文摘要
正电子发射断层扫描(PET)图像存在低信噪比的问题,对临床诊断有很大的影响。近年来,许多基于深度学习的医学图像去噪方法被提出并取得了良好的效果,但这些方法通常需要低质量-高质量图像对进行监督训练。在PET的临床应用中,存在对放射性示踪剂剂量安全性的考虑和扫描采集时间的限制,通常很难获得大量的高质量PET图像。我们注意到由于近年来PET/CT和PET/MR的普及,临床上更易获得的是噪声PET图像以及与其相对应的CT或MR图像(低质量-解剖结构图像对)。本研究在考虑临床实践中PET数据特性的前提下,提出利用解剖结构图像替代高质量PET图像,建立基于低质量-解剖结构图像对的无监督深度学习网络,并且在系统研究基于示踪剂动力学模型的PET参数图像估计方法的基础上,融合参数图像估计模型和无监督深度学习去噪方法,从而实现PET静态图像和参数图像去噪,为临床诊断治疗和药物研究提供高质量的PET图像。
英文摘要
The signal-to-noise ratio of Positron emission tomography (PET) image is low, which has a great impact on clinical diagnosis. Recently, many deep-learning-based medical image denoising methods have been proposed and achieved good performance, but these methods usually need low- and high-quality image pairs for supervised training. However, in real clinical practice, it is difficult to obtain a large number of high-quality PET images due to the dose concern and the scanning time limitation. We noticed that due to the development of PET/CT and PET/MR, it is easier to obtain noisy PET images and corresponding CT or MR images (low-quality and anatomical image pairs). In this study, considering the characteristics of PET data, by using the anatomical image instead of the high-quality PET image, an unsupervised deep learning network based on low-quality and anatomical image pairs will be established. Then, after a systematic study of PET parameter image estimation methods based on tracer kinetic modeling, we will combine the parameter image estimation model and the unsupervised deep learning denoising network together. Our goal is to achieve denoising of both PET static images and parameter images and provide high-quality PET images for clinical diagnosis, treatment, and drug research.
正电子发射断层成像(PET)是一种可以通过放射性示踪剂显示人体器官功能、代谢活动或病变(如肿瘤)的成像技术。然而,PET图像在采集过程中存在低信噪比的问题,影响诊断的清晰度和定量分析的准确性。本项目围绕PET图像去噪问题展开研究,针对临床上用于有监督去噪的低质量-高质量PET配对数据难以获取的问题,开发了基于多模态数据的PET图像无监督去噪方法,采用低质量-解剖结构图像对替代低质量-高质量图像对进行无监督去噪,实现了高质量的去噪效果(静态PET图像对比度噪声比提升率大于35%,PET参数图像对比度噪声比提升率大于60%)。之后,针对可以获取大量PET配对训练数据的情况,开发了基于人群数据的静态PET图像去噪方法(针对1/4剂量PET图像峰值信噪比相对Unet提升了4.46dB)。针对可以获取PET扫描raw data的情况,开发了基于时空原始-对偶网络的动态低剂量PET图像重建方法(相对传统MLEM算法,峰值信噪比提升了约5.5dB)。针对极低剂量PET图像,开发了基于一致性去噪扩散模型的PET去噪方法,从而有效降低PET扫描所需放射性示踪剂的剂量(可降低至原始剂量的1/50)。基于本项目研究所得的去噪方法,我们可以在低剂量、短扫描时间的噪声PET图像上恢复出高质量PET图像。未来,该技术有望在临床中广泛应用,让患者享受更安全、更快捷的检查体验。. 项目成果总体发表学术论文7篇,包括国际TOP期刊EJNMMI1篇,Medical Image Analysis1篇。项目研究内容受到国内外PET成像领域的高度关注,受邀参加国际会议报告1次,口头报告2次,墙报展示6次。项目申请发明专利3项。培养博士生2名、硕士生1名。
国内基金
海外基金